DE2158800B2

DE2158800B2 - Beschleunigungsempfindliche schalteinrichtung

Info

Publication number: DE2158800B2
Application number: DE19712158800
Authority: DE
Inventors: Masaru Aichi Suzuki (Japan)
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1970-11-28
Filing date: 1971-11-26
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2116154A5; DE2158800A1; US3748415A; GB1359346A; JPS5021617Y1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine beschleunigungs empfindliche Schalteinrichtung zum Auslösen eines Schaltvorganges unter Wirkung einer ein bestimmtes Maß übersteigenden Beschleunigungskraft mit zwei Körpern, von denen der erste als Permanentmagnet und der zweite als magnetisierbarer Körper ausgebildet ist, die im Ruhezustand der Schalteinrichtung eine durch die magnetische Anziehung zwischen beiden gegebene stabile Ruhestellung einnehmen, und mit einem Schalter, der bei Übwindung der magnetischen Anziehung infolge des Auftretens einer Beschleunigungskraft von einem der beiden Körper betätigbar ist.

Eine solche Einrichtung findet bevorzugt Anwendung in Fahrzeugen, beispielsweise Kraftwagen. Bei einer solchen Anwendung ergeben sich gewisse Schwierigkeiten hinsichtlich des gewünschten Ansprechvermögens aufgrund der während der Fahrt dauernd auftretenden Stöße, Erschütterungen und Schwingungen.

Bei einer solchen aus der DT-OS 16 15 895 bekannten Schalteinrichtung ist ein stabförmiger Permanentmagnet fest in einem etwa zylindrischen Gehäuse eingebaut, wobei der eine Pol des Stabmagneten einer trichterförmigen Lagerfläche des Gehäuses zugewandt ist. Die trichterförmige Lagerfläche begrenzt einen Hohlraum innerhalb des zylindrischen Gehäuses, in dem eine Kugel aus einem magnetisierbaren Material frei beweglich ist. Gegenüber der trichterförmigen Lagerfläche ist ein zylindrischer Stößel in Richtung seiner Längsachse beweglich angeordnet, der mit zwei elastischen Kontaktfedern zusammenwirkt. Der zylindrische Stößel weist dabei einen elektrisch leitenden und einen elektrisch nichtleitenden Umfangsteil auf, so daß je nach der augenblicklichen Stellung des Stößels die Kontaktfedern über den elektrisch leitenden Umfangsteil des Stößels miteinander elektrisch verbunden sind oder aber über den elektrisch nichtleitenden Umfangsteil des Stößels gegeneinander elektrisch isoliert sind. In der Ruhestellung der Schalteinrichtung wird die in dem Hohlraum frei bewegliche magnetische Kugel von dem Stabmagneten angezogen, so daß sie in der trichterförmigen Lagerfläche aufgrund der magnetischen Anziehung zwischen ihr und dem Stabmagneten festgehalten ist. Wirken auf die Schalteinrichtung Beschleunigungen einer bestimmten Größe, so wird die magnetische Anziehung zwischen der Kugel und dem Stabmagneten überwunden und die Kugel unter Einwirkung der Beschleunigung gegen den Stößel bewegt, wodurch dieser verschoben wird. Durch diese Verschiebung des Stößels werden die Kontaktfedern miteinander elektrisch verbunden oder aber elektrisch voneinander getrennt, wodurch ein mit den Kontaktfedern verbundener elektrischer Stromkreis entsprechend beeinflußt werden kann. Diese bekannte Schalteinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß durch die freie Beweglichkeit der Kugel in dem Hohlraum des Gehäuses bei unterschiedlichen Beschleunigungsrichtungen nicht sichergestellt ist, daß der Betätigungsstößel

¹^ tatsächlich mit einer ausreichenden Kraft in seiner Verschiebungsrichtung von der Kugel beaufschlagt wird, und andererseits, daß der Stößel nach einer erfolgten Verschiebung immer wieder von Hand oder

eine geeignete zusätzliche Betätigungseinrichtung in seine Ruhestellung zurückgeschoben werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Schalter der Schalteinrichtung bei Überschreiten eines bestimmten Beschleunigungswertes sicher be'ätigt wird und er nach Fortfall der Beschleunigung bzw. nach Absinken der Beschleunigung unter einen bestimmten Wert selbsttätig wieder in seine Ruhestellung zurückkehrt.

Bei einer Schalteinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einer der beiden Körper so geführt ist, daß er unter Schwerkraftwirkung auf einen in Richtung seiner Ruhestellung federbeaufschlagten Betätigungsstößel des Schalters absenkbar ist, daß die Rückstellkraft des federbeaufschlagten Betätigungsstößels geringer als die von dem Körper ausgeübte Schwerkraft ist und die magnetische Anziehungskraft zwischen den beiden Körpern die Schwerkraft überwindet, wenn sich mindestens einer der beiden Körper in seiner stabilen Ruhestellung befindet.

Die neue Schalteinrichtung ist derart ausgebildet, daß einer der beiden sich gegenseitig magnetisch anziehenden Körper nach Überwindung der magnetischen Anziehung infolge Auftretens eines bestimmten Beschleunigungswertes dann unter Schwerkraftwirkung sich in eine andere unter Schwerkraftwirkung stabil aufrechterhaltene Stellung bewegt, in welcher er einen federbeaufschlagten Betätigungsstößel des Schalters zum Umschalten dieses Schalters betätigt. Die Rückstellkraft der den Betätigungsstößel beaufschlagenden Feder ist dabei gegenüber der auf den Körper wirkenden Schwerkraft geringer, so daß der Körper allein aufgrund der Rückstellkraft des Betätigungsstößels gegen die Schwerkraft nicht in seine stabile Ruhestellung zurückbewegt werden kann. Der Schalter bleibt daher so lange betätigt, wie der Körper infolge der Schwerkraft auf seinem Betätigungsstößel ruht. Erst nach Fortfall der Beschleunigung bzw. eines Absinkens der Beschleunigung unter einen bestimmten Wert bewegt sich auch der aufgrund der Beschleunigung aus seiner stabilen Ruhestellung herausbewegte Körper wieder in die stabile Ruhestellung zurück, aus der er auf den unter Schwerkraftwirkung bewegten Körper eine ·« bestimmte magnetische Anziehungskraft ausübt. Diese magnetische Anziehungskraft ist dabei so groß, daß sie die auf den Körper wirkende Schwerkraft überwindet, wodurch auch dieser Körper wieder in seine stabile Ruhestellung zurückgelangt. Dadurch wird aber der Betätigungsstößel des Schalters nicht langer beaufschlagt, so daß sich auch dieser wieder in seine Ruhestellung zurückbewegt, wodurch der Schalter ebenfalls wieder seine andere Schaltstellung einnimmt. Durch die Betätigung des Schalters allein durch einen « aufgrund Schwerkraftwirkung bewegten Körper ist diese Betätigung weitgehend unabhängig von dem Bewegungsverlauf eines durch eine auftretende Beschleunigung ausgelenkten Körpers, wodurch eine zuverlässigere Betätigung des Schalters erreicht wird. w> Außerdem wird durch diese besondere Ausbildung der Schalteinrichtung gleichzeitig sichergestellt, daß nach Fortfall der Beschleunigung der Schalter der Schalteinrichtung selbsttätig wieder in seinen in der Ruhestellung der Schalteinrichtung erwünschten Schaltzustand zu- '>'> rückkehrt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Schalteinrichtung und

Fig. 2 eine senkrechte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Schalteinrichtung.

In der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 auf. Dieses hat an seiner Oberseite eine flach trichterförmige Endwandung 2 mit der größten Tiefe im Mittelteil b. Zusammen mit einem vorzugsweise auf das Gehäuse geschraubten Deckel 4 bildet die trichterförmige Endwandung 2 einen geschlossenen Raum bzw. eine Kammer a. An der Innenseite ist die Wandung des Deckels 4 entsprechend der Trichterform der Endwandung 2 konisch gestaltet, so daß sie zu dieser in gleichem Abstand verläuft. Ferner weist das Gehäuse 1 eine im wesentlichen senkrechte, unten offene Bohrung 3 auf, welche in geringem Abstand vom Mittelteil b der Endwandung 2 endet, so daß eine relativ dünne Trennwand gebildet ist.

Das untere Ende der Bohrung 3 ist durch ein dort angeordnetes Schaltelement, beispielsweise einen Mikroschalter 6 geschlossen. Er weist einen der Bohrung 3 zugekehrten, elastisch auswärts belasteten Betätigungsstößel 7 auf.

Ein auf Beschleunigungen ansprechender Fühl- oder Trägheitskörper, z. B. eine Stahlkugel 8, befindet sich, solange darauf einwirkende Beschleunigungskräfte eine vorbestimmte Größe nicht überschreiten, aufgrund der Schwerkraft im Mittelteil der trichterförmigen Endwandung 2 in der Ruhelage, auf welcher er im wesentlichen in jeder Richtung beweglich ist. Ein Abheben der Stahlkugel 8 von der trichterförmigen Endwandung 2 ist durch die konische Innenwandung 5 des Deckels 4 verhindert.

Zum Betätigen des Mikroschalters 6 dient ein Betätigungskörper in Form eines Permanentmagneten 9 mit an den oberen und unteren Enden gebildeten Polen. Er ist gegenüber der Ruhestellung der Stahlkugel 8 im Mittelteil b der Endwandung 2 in der senkrechten Bohrung 3 untergebracht.

Solange gegebenenfalls auftretende Beschleunigungskräfte eine vorbestimmte Größe nicht überschreiten, verbleibt der Trägheitskörper, also die Kugel 8, im Mittelteil öder Kammer a. Dabei zieht der Permanentmagnet 9 in der senkrechten Bohrung 3 die genau darüber befindliche Kugel 8 an. Da diese jedoch durch die stehengebliebene Trennwandung am Eintritt in die Bohrung 3 gehindert ist, hebt sich der Permanentmagnet selbst bis in Anlage an die Abschlußwandung der Bohrung 3. Der Betätigungsstößel 7 ist somit vom Permanentmagneten 9 nicht belastet und damit der Mikroschalter 6 in seiner offenen oder geschlossenen-Ruhestellung.

Wirkt im Betrieb eine ein vorbestimmtes Maß übersteigende Beschleunigung auf die Schalteinrichtung ein, so spricht die Kugel darauf an, indem sie sich aufgrund ihrer Massenträgheit vom Mittelteil b der Endwandung 2 fort beispielsweise in die gestrichelt gezeichnete Stellung bewegt. Damit ist dem Permanentmagneten 9 sein Anziehungsgegenstand entzogen und er fällt unter Schwerkraftwirkung in der Bohrung 3 herab. Dabei setzt er auf dem Betätigungsstößel 7 auf und drückt ihn unter Betätigung des Mikroschalters 6 nieder.

In a;r in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform der Schalteinrichtung dient eine der der ersten Ausführungsform entsprechende Stahlkugel 23 als Betätigungskörper für das Schaltelement 21 und der

Trägheitskörper ist durch einen Permanentmagneten 20 gebildet. Es ergibt sich somit eine umgekehrte Anordnung der Schalteinrichtung.

In einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 11 ist ein oben offener, verhältnismäßig tiefer Raum 12 mit einem konkaven Boden 13 gebildet. Der tiefste Punkt des Bodens 13 befindet sich in dessen Mittelteil c. Ferner weist das Gehäuse 11 eine senkrechte, unten offene Bohrung 14 auf, welche in geringem Abstand vom Mittelteil cdes Bodens 13 endet, so daß zwischen dem Raum 12 und der Bohrung 14 eine relativ dünne Trennwand gebildet ist. Ein das obere offene Ende des Raumes 12 überdeckendes Abschlußteil 15 ist mittels einer vorzugsweise auf das Gehäuse 11 geschraubten Kappe 16 an diesem befestigt. Im Mittelteil der Oberseite des Abschlußteils 15 ist ein Kugelsitz in Form einer Ausnehmung 17 gebildet und ein kugelförmiges Teil 18 beweglich darin eingesetzt. Ein am kugelförmigen Teil 18 befestigter Stab 19 aus nichtmagnetischem Werkstoff ragt etwa bis in die Mitte des Raumes 12 und trägt an seinem freien Ende den den Trägheitskörper bildenden Permanentmagneten 20. Die Pole des an dem Stab 19 sitzenden Permanentmagneten 20 befinden sich an dessen oberem und unterem Ende, wobei letzteres dem Boden 13 des Raumes 12 in einigem Abstand gegenübersteht.

Das untere offene Ende der Bohrung 14 ist in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach Fig. 1 durch ein Schaltelement bzw. einen Mikroschalter 21 abgeschlossen. Ein auswärts belasteter Betätigungsstößel 22 des Schalters 21 ragt in der Ruhelage in die Bohrung 14. In der Bohrung 14 ist ein Betätigungskörper in Form einer Stahlkugel 23 beweglich und auf den Stößel 22 aufsetzbar angeordnet.

Der mittels des Stabes 19 am Kugelteil 18 aufgehängte Permanentmagnet 20 vermag nach Art eines Pendelgewichts Bewegungen in nahezu jeder Richtung mit dem Kugelteil als Schwenkmittelpunkt auszuführen. In der Ruhelage befindet er sich über der tiefsten Stelle im Mittelteil c des Bodens 13. Die den Betätigungskörper darstellende Stahlkugel 23 ist in die Bohrung 14 senkrecht beweglich, am Eintritt in den Raum 12 jedoch durch die dazwischen vorhandene Trennwandung gehindert.

In der Ruhestellung der Schalteinrichtung befindet sich also der Permanentmagnet 20 in seiner Mittelstel lung über dem Boden des Raumes 12, während di( Stahlkugel 23 durch die Anzugskraft des unteren Pol: des Permanentmagneten in ihrer oberen Endstellung ir Anlage an der Abschlußwandung der Bohrung i< gehalten ist, so daß der Permanentmagnet ebenfall; unbeweglich ist. Der Betätigungsstößel 22 des Mikro schalters befindet sich in seiner äußeren Endlage unc damit der Schalter selbst in der — offenen odei

κι geschlossenen — Ruhestellung.

Wirkt auf die in der Ruhestellung befindliche Schalteinrichtung eine ein vorbestimmtes Maß überstei gende Beschleunigung ein, so bewegt sich dei Permanentmagnet 20 aufgrund seiner Massenträghei aus seiner Ruhelage beispielsweise in die gestrichel gezeichnete Stellung. Darauf fällt die nun nicht mehl magnetisch angezogene Stahlkugel 23 unter Schwer kraftwirkung herab und drückt dabei den Betätigungs stößel 22 zum Betätigen des Schalters 21 nieder.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformer kann im unteren Teil der senkrechten Bohrung de: Gehäuses zusätzlich ein Übertragungsteil zwischen derr Betätigungskörper und dem Schalter vorgesehen sein welches die Bewegung des Betätigungskörpers auf der Betätigungsstößel überträgt.

Daraus, daß der Trägheitskörper oder der Betäti gungskörper durch einen Permanentmagneten gebilde und das jeweils andere Teil aus einem magnetischer bzw. magnetisierbaren Werkstoff ist und daß die beider Teile unter Zwischenlage einer möglichst dünner Trennwand nahe beieinander angeordnet sind, ergibi sich bei der neuen beschleunigungsempfindlicher Schalteinrichtung der Vorteil, daß sich der Trägheitskörper und der Betätigungskörper ohne direkte gegenseitige Anlage gegenseitig an unerwünschter Bewegungen hindern, so daß weder das jeweils in der senkrechten Bohrung angeordnete Teil in dieser herabfallen, noch das jeweils in der Kammer oder im Gehäuseraum untergebrachte Teil darin emporspringen kann. Dadurch, daß die Betätigung des Schaltelementes durch Aufliegen des Betätigungskörpers auf demselben erfolgt, vermag die Schalteinrichtung ihre Funktion unabhängig von bei einem fahrenden Fahrzeug auftretenden Stoßen, Erschütterungen und Schwingun-

<ts gen schnell und äußerst zuverlässig zu erfüllen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsempfindlichc Schalteinrichtung zum Auslösen eines Schaltvorganges unter Wirkung einer ein bestimmtes Maß übersteigenden Beschleunigungskraft mit zwei Körpern, von denen der erste als Permanentmagnet und der zweite als magnetisierbarer Körper ausgebildet ist, die im Ruhezustand der Schalteinrichtung eine durch die magnetische Anziehung zwischen beiden gegebene stabile Ruhestellung einnehmen, und mit einem Schalter, der bei Überwindung der magnetischen Anziehung infolge des Auftretens einer Beschleunigungskraft von einem der beiden Körper betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer (9, 23) der beiden Körper (9, 20; 8, 23) so geführt ist, daß er unter Schwerkraftwirkung auf einen in Richtung seiner Ruhestellung federbeaufschlagten Betätigungsstößel (7,22) des Schalters (6,21) absenkbar ist, daß die Rückstellkraft des federbeaufschlagten Betätigungsstößeis geringer als die von dem Körper ausgeübte Schwerkraft ist und die magnetische Anziehungskraft zwischen den beiden Körpern die Schwerkraft überwindet, wenn sich mindestens einer der beiden Körper in seiner stabilen Ruhestellung befindet.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem, etwa zylindrischen Gehäuse (1,11) ein oberer, abgeschlossener Raum (a, 12) sowie eine etwa senkrechte, unten offene und unter Belassung einer Trennwand dicht unterhalb des Mittelteils (b, c) des geschlossenen Raumes endende Bohrung (3,14) gebildet sind, daß unterhalb des offenen Endes der Bohrung der Schalter (6, 21) angeordnet ist, daß einer der beiden Körper (8,20) in beschleunigungsfreiem Zustand im Mittelteil des geschlossenen Raumes ruht und unter Einwirkung von eine bestimmte Größe übersteigenden Beschleunigungen von diesen weg bewegbar ist und daß der andere Körper (9, 23) in der senkrechten Bohrung beweglich geführt ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper eine als Trägheitskörper wirkende Stahlkugel (8) ist und der erste Körper als Betätigungskörper (9) für den Betätigungsstößel (7) wirkt und daß der die Stahlkugel aufnehmende geschlossene Raum (a)eine durch eine trichterförmige obere Endwandung (2) des Gehäuses (1) und einen dieser entsprechend geformten, konischen, auf das Gehäuse aufgesetzten Deckel (4,5) begrenzte Kammer ist.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper als Trägheitskörper (20) wirkt und der zweite Körper eine als Betätigungskörper für den Betätigungsstößel (22) wirkende Stahlkugel (23) ist und daß der geschlossene Raum in Form eines verhältnismäßig tiefen Raumes (12) mit einem konkaven Boden (13) an der Oberseite des Gehäuses (11) gebildet und durch ein mittels einer Kappe (16) daran befestigtes Abschlußteil (15) abgeschlossen ist und daß in einem in der Mitte der Oberseite des Abschlußteils in Form einer Bohrung gebildeten Kugelsitz (17) ein kugelförmiges Teil (18) beweglich angeordnet ist, an welchem ein an seinem anderen Ende den ersten Körper (20) tragender, sich etwa bis zur Mitte des verhältnismäßig tiefen Raumes erstreckender, nicht magnetischer Stab (19) mit einem Ende befestigt ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (6, 21) ein Mikroschalter mit einem durch Federkraft auswärts belasteten Betätigungsstößel (7,22) ist.